方向微孔表面动压效应实验研究

表面微孔的方向性可以改变表面流体的流向,在孔区末端的汇聚挤压形成明显的流体动压效应.文中以椭圆微孔表面为研究对象,通过环环润滑实验考察了方向微孔表面的动压效应.对不同倾斜角、方向因子和开孔面积的微孔表面,在不同载荷和转速工况下的膜厚和摩擦扭矩的变化规律进行了研究.实验结果表明：方向微孔通过改变流体的流向形成表面流体膜动压效应,方向微孔表面具有显著的动压承载能力,使摩擦副端面迅速打开,容易形成全膜润滑,避免表面间的摩擦磨损;微孔方向因子、倾斜角等参数对表面动压效应影响明显,方向性越强、转速越高,动压效应越大,表面流体膜承载能力越高.实验结果与理论分析相一致,方向性微孔可有效改善密封端面的动压开启性能.     

页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85%,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95%;在宏孔(半径50 nm)中,贡献低于4.39%,可忽略;在介孔(2半径50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.     

浮动催化碳纳米管石墨化后的储氢特性

研究了立式浮动催化法制备的碳纳米管在中压(10 MPa)和室温(25℃)条件下的储氢性能，从管径和形貌方面对碳纳米管的储氢量进行了初步评估. 根据储氢量的大小间接证明了氢分子在碳纳米管中不但发生了表面吸附和内腔吸附，同时也进行了层间吸附. 实验结果表明浮动催化碳纳米管在未来的车用储氢系统中有良好的应用前景.     

三维有序多孔SiC陶瓷的制备及表征

采用三维有序氧化硅凝胶小球为模板, 以聚甲基硅烷(PMS)为先驱体, 经过先驱体的渗入、陶瓷转化和模板的去除, 制备了长程三维有序球形孔多孔SiC陶瓷. 研究结果表明: 所制备的多孔陶瓷中球形孔的孔径(84~658 nm)、BET比表面积(299.44~584.64 m²/g)和微孔体积(0.25~0.64 cm³/g)受氧化硅凝胶小球的粒径(112~700 nm)控制, 且该多孔陶瓷体系中存在3种孔, 即球形孔、“窗口”和小孔(2~5 nm). 其中球形孔以hcp结构有序排列、“窗口”使球形孔三维贯通、小孔的存在使该多孔陶瓷体系具有极高的BET比表面积和微孔体积.     

掺杂介孔MCM-41分子筛的制备实验研究

研究了掺杂铁、镍的MCM-41介孔分子筛.在碱性条件下,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,选用水热合成法,合成了MCM-41介孔分子筛.本实验选用了三价铁、二价铁、二茂铁、二茂镍作为掺杂体.采用了扫描电镜、X射线衍射对掺杂三价铁的MCM-41分子筛进行了扫描和表征.结果表明,已合成了掺杂铁、镍的MCM-41介孔分子筛,呈圆形孔道结构,介孔分布在颗粒中,在低角度区具有明显的衍射峰.     

小尺度行星际磁通量绳

正行星际磁通量绳是太阳风中一种重要的磁结构在地球附近经常被卫星观测到,其直径分布约为0.0039～0.6266 AU,其时间尺度分布在几十分钟到几十小时之间.在行星际磁通量绳中,大尺度的磁云是行星际日冕物质抛射(interplanetary coronal mass ejec tion, ICME)的子集,其直径约为0.2～0.6 AU,持续时间通常在12 h以上.直径小于磁云的磁通量绳称为小尺度磁通量绳,其时间尺度通常小于12 h.其实磁云和小尺度磁通量绳并没有明显的尺度界限,行星际磁通量绳的尺度呈现连续分布.由于磁通量绳的螺旋磁结构     

以镍/碳纳米管催化剂制备碳纳米管

碳纳米管由于具有较大的比表面积, 一定的化学稳定性, 其表面性质可以通过不同的酸或碱处理改变, 这决定了纳米碳管能够作为催化剂的载体材料. 通过对比碳纳米管负载的镍基催化剂和硅藻土负载的镍基催化剂在合成碳纳米管试验中的活性和选择性, 发现镍/碳纳米管催化剂合成的碳管直径均匀, 中空较大, 与镍/硅藻土催化剂合成的碳管质量相当, 但产量提高了1.5倍. 碳纳米管载体优异表现应归因于其较大的比表面积和合适的孔分布和孔结构.     

复层孔隙分布含油轴承的孔道渗流及润滑机制

含油轴承基体中油液的渗流行为对轴承油膜润滑性能影响显著.以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象,耦合分析轴承系统(包括轴承间隙和多孔轴承内部)的流体流动,基于Darcy定律描述油液渗流行为,并在极坐标下建立含油轴承系统的渗流润滑模型,研究轴承系统中油膜压力的分布规律,分析表面粗糙度、结构参数等对油膜润滑性能的影响.采用粉末冶金工艺制备不同表层孔隙率的复层含油轴承试样,在端面摩擦试验机上开展含油轴承的摩擦学实验,并对数值分析结果进行验证.结果表明,与普通单层含油轴承相比,不同孔隙率分布的复层含油轴承能阻止润滑油液渗入多孔介质,提高轴承润滑性能;随着综合表面均方根粗糙度增大,油膜润滑性能变好,随着表层厚度或表层渗透率增加,油膜润滑性能变差.摩擦实验与润滑理论分析具有相似的结论,验证了所建数值模型的可靠性.研究工作为明晰含油轴承渗流润滑机理及其影响机制提供一定理论依据.     

基于微小电极的气中电火花加工试验研究

为了解微小尺度电极的气中电火花加工性能,为进一步的气中微细电火花加工的深入研究进行必要的基础研究,本文在自行研制的加工装置上对气中小尺度电极的电火花加工工艺性能进行了研究.首先采用单因素法考察了微小尺度电极的气中电火花加工规律,并进行了正交试验研究,对实验现象进行了分析;最后进行了三维结构的电火花铣削加工试验.实验结果 表明,在一定的试验条件下,气中微小尺度电极电火花加工速度随着脉冲能量的增加而增加.在伺服条件不变的情况下,峰值电流和脉冲宽度是影响气中小尺度电极电火花加工速度及电极损耗的主要因素.实现了微小尺度电极的三维结构的加工,并在硅片上加工出了EDM字样.试验验证了进行气中微小电极电火花的可行性.     

高吸水性能的新型复合吸附剂SiO2·xH2O·yCaCl2的孔隙结构测试与分析

介绍了一种由粗孔球形硅胶和氯化钙组成的新型复合吸附剂SiO₂·xH₂O·yCaCl₂. 为了分析它的吸附机理, 对粗孔球形硅胶和4个不同氯化钙含量的复合吸附剂, 采用扫描电子显微镜技术和ASAP2010吸附仪测试了它们的氮气吸附/解吸等温线、BET比表面积、孔径分布、孔容和平均孔径. 通过分析吸附、解吸等温线和滞后圈的形状, 推断出了粗孔球形硅胶和复合吸附剂的孔道结构主要包括两种类型: 一端开口的圆锥形和两端开口的圆锥形或双曲锥形管状孔隙. 通过对比分析孔径的分布, 结合滞后圈的形状, 给出了氯化钙在粗孔球形硅胶孔隙中填充过程的示意图. 实验测得了复合吸附剂和常用吸附剂(粗孔球形硅胶、细孔球形硅胶和分子筛13X)的25℃吸水等温线, 结果表明: 复合吸附剂的吸水量明显高于常用吸附剂的吸水量, 并结合孔隙分析结果对吸附等温线和液解现象进行了分析.     

层流预混V形火焰中的湍流

研究火焰中的情况, 发现即使层流预混V形火焰中也存在着强烈的速度脉动. 这种速度脉动与预混可燃气的当量比(化学反应因素)密切相关, 而受来流速度的影响较小. 火焰中心区速度的概率分布函数呈“平顶型”. 分析认为火焰与流动的相互作用不仅在流场大尺度空间内影响火焰特性, 而且在火焰中小尺度空间内也存在着火焰(化学反应)与流动的相互作用, 其结果之一就是在火焰中产生小尺度湍流, 这种小尺度湍流将在火焰中小尺度空间内影响火焰特性.     

轻金属硼氢化物可逆储氢材料研究进展

发展高效、安全的储氢材料/技术被公认为是推进氢能规模化商业应用的关键环节.相比于高压气态和低温液态储存方式,材料基固态储氢因能量密度高且安全性好,被认为最有发展前景.在诸多储氢材料中,轻金属配位硼氢化物氢含量多〉10 wt%,在储氢密度方面具有用作车载氢源的潜力,业已成为近年来储氢材料领域的研究热点.在简述轻金属配位硼氢化物储/放氢反应机理研究的基础上,着重从阴/阳离子替代、构建反应复合体系、纳米相结构调制等方面概述了改善硼氢化物综合储/放氢性能的最新研究进展,旨在明确轻金属硼氢化物储氢材料研究中的关键问题及未来研究方向.     

阳极氧化制备新颖的TiO_2多孔纳米结构膜及其形成机理与应用

采用两步阳极氧化法在钛箔片上制备了TiO_2多孔薄膜,随着阳极氧化的进行,Ti片表面依次出现上下双层纳米多孔结构、内外双层(芯壳)纳米管阵列结构和单层纳米管阵列结构等典型形貌,结合不同时间段的阳极氧化膜的表面形貌、晶体结构、X射线光电子能谱、电流密度随时间变化曲线等,分析了随着氧化进行钛片表面多孔TiO_2纳米膜典型形貌可能的形成机理.上下双层结构纳米多孔膜可能是因为纳米孔孔径强烈依赖于电流密度,而起始阶段的电流密度大小指数下降导致出现上层大孔下层小孔的双层结构;内外双层结构纳米多孔膜的形态可能来自于氧化钛纳米多孔膜从内至外由成分和可溶性不同的氧化钛构成导致;随着氧化进行,内层可溶性大的氧化钛结构逐渐溶解,形成的常见的TiO_2纳米管阵列结构.将阳极氧化得到的稳定的TiO_2纳米管薄膜作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池,研究了其光电性能.基于未经修饰处理的TiO_2纳米管阵列光阳极,其组装电池的能量转换效率(η)可达5.88%,将TiO_2纳米管阵列光阳极进一步采用常用的TiCl_4溶胶处理后,其效率提高到8.47%,在能源转化方面展现了较好的应用前景.     

新型有序炭纳米棒阵列的合成及在电化学电容器中的应用

采用有序中孔硅为模板成功合成了排列有序的炭纳米棒阵列OCNR. XRD测试和TEM观测表明, OCNR为有序排列(p6mm)的炭纳米棒阵列构成. N₂吸脱附测试表明, OCNR具有典型的中孔结构和集中的中孔分布. 与超大比表面积的活性炭Maxsorb相比, OCNR具有更好的电容特性, 更高的功率输出和优异的高频电容性能, 这都得益于OCNR规整的孔道有利于电解质水合离子的快速扩散. 循环伏安研究表明, 在50 mV/s的高电压扫描速度下, OCNR的比电容值仍可保持在166 F/g, 而此时Maxsorb的比电容值却降低到73 F/g. 值得一提的是, OCNR在提供高功率输出的同时, 仍能保持高的能量密度, 可以应用于对功率输出和能量密度都有较高要求的场合.     

热致变色LSMO 光栅结构表面的热辐射特性研究

本文旨在研究具有一维光栅结构表面的热致变色材料La_0.825Sr_0.175MnO₃(LSMO) 的热辐射光谱特性及其随结构和温度变化的规律. 首先利用K-K 关系得到LSMO 在不同温度下的介电常数, 然后利用时域有限差分方法分析计算对应不同参数的结构表面光谱发射率. 研究发现, 由于光栅结构激发的微腔谐振效应, LSMO结构表面的光谱发射率呈现出选择性增强的特征. 光谱发射率随结构参数的变化情况表明, 通过合理选择光栅的结构参数可以得到想要的辐射增强特性. 平均发射率随温度的变化表明, 相比于光滑表面的LSMO 而言, 具有光栅结构表面的LSMO 的表面发射率有了比较明显的增强, 另外热致变色特性有了明显的改善.     

基于分子间作用力的敏感效应与痕量检测生化传感器

在微纳米尺度的机电敏感结构表面进行功能分子层修饰,通过与目标靶分子特异性结合,在表面形成Gibbs自由能的变化,由此产生的纳机械表面应力可被结构上集成的机电敏感元件转换成实时电信号输出.首先对固体表面分子层自组装产生纳机械表面应力的机制进行研究,将表面上形成的单分子层(self-assembled monolayer,SAM)按作用原理在纵向(即分子层厚度方向)上分为头基、分子链和尾基三层结构分别进行了基于纳机械敏感实验的原理揭示,在此基础上发明了一种作图法来定量评估和分析自组装分子层对表面能变化的作用.为使分子作用产生纳机械敏感效应在痕量生化分子快速检测识别中得到应用,首次将纵向分子特异性作用和相邻分子间横向作用区分开来,通过不同类型分子间作用的分析和实验验证得到如下结论:横向分子作用是产生表面应力值大小和正负(张应力或压应力)的决定性因素,而分子纵向作用主要是通过对分子层自组装有序性的调节来影响表面应力产生.在对各种横向分子作用机制分析的基础上,提出并用实验验证了分子间氢键作用可产生最高灵敏度的纳机械敏感效应.此后介绍了特异性分子作用产生表面应力的敏感效应在生化痕量快速检测传感器的应用.采用微纳悬臂梁作为敏感效应的转换器,将表面应力转换为悬臂梁弯曲,利用集成在悬臂梁内的压阻器件进行电信号输出.通过在悬臂梁表面金薄膜上修饰巯基双层分子敏感基团,实现了对ppb量级有机磷毒害蒸气的快速检测.为实现敏感分子层长期稳定工作,针对TNT爆炸物分子检测提出并实现了在悬臂梁硅表面直接两次嫁接自组装硅烷基敏感基团,进而解决了传感器对ppt量级TNT检测的长期稳定性问题.通过对传感器电绝缘的有效处理,又实现了对1.5×10-11 mol/m L浓度链霉亲和素的生物溶液在线检测.     

水平梯度表面能材料表面上的液滴运动

通过化学气相沉积的方法（CVD），利用十二烷基三氯硅烷（C₁₂H₂₅Cl₃Si）在硅基板表面上的自扩散方式，形成单分子自聚合薄膜（SAMs），在硅基板上制取了梯度表面能表面。采用原子力显微镜（AFM）对梯度表面能材料表面微观结构进行了测量。通过躺滴法，获得了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布，并以此表征材料表面能的分布。使用高速摄像仪对液滴在水平放置的梯度表面能材料表面上的运动规律进行了测量。实验表明     

简单液体径向分布函数的Gauss分解

通过分布函数曲线 4πrρ(r)可分解为Gauss峰的事实 ,从数学上证明 ,简单液体在几个原子层内 ,其径向分布函数 4πr2 ρ(r)也可进行Gauss分解 .并用θ θ高温X射线衍射仪测量了Al和Si的液态结构 ,由Al液的分布函数 4πrρ(r)和Al液及Si液的径向分布函数 4πr2 ρ(r)的分解结果 ,说明了简单液体径向分布函数在十分之几个nm的范围内进行Gauss分解是可以的 ,4πr2 ρ(r)的分解结果有更明确的物理意义 ,能很好地反映液体的近程有序结构 ,从而能提供有关简单液体结构更清晰的图景 .     

水平梯度表面能材料表面上的液滴运动

通过化学气相沉积的方法（CVD），利用十二烷基三氯硅烷（C12H25Cl3Si）在硅基板表面上的自扩散方式，形成单分子自聚合薄膜，在硅基板上制取了梯度表面能表面．采用原子力显微镜对梯度表面能材料表面微观结构进行了测量．通过躺滴法，获得了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布，并以此表征材料表面能的分布．使用高速摄像仪对液滴在水平放置的梯度表面能材料表面上的运动规律进行了测量．实验表明：水平放置的梯度表面能材料表面可驱使液滴从憎水侧向亲水侧迁移，单个液滴的运动速度最大可达40mm／s,液滴在梯度表面能材料表面的运动一般可分为加速运动区和减速运动区；当液滴峰值速度较小而减速运动较大时，液滴运动会呈现蠕动的现象．     

铈钛氧化物介孔毫米球的制备及其催化臭氧氧化特性与机理

开发兼具高催化活性和优良流体力学与传质性能的催化剂对发展高效水处理臭氧氧化技术具有重要意义.本研究开发了以廉价无机金属盐为原料的前驱体溶胶预混-海藻酸水凝胶球模板法,实现了Ce-Ti双金属氧化物介孔毫米球催化剂的经济制备.通过N_2吸附-脱附、XRD、XPS、SEM-EDS、TEM-SAED、拉曼光谱、NH_3-TPD等手段对制备的催化剂进行系统表征,考察Ce/Ti摩尔比和煅烧温度对催化剂结构和催化活性的影响,探究其催化臭氧氧化的特性与机理.结果表明无定形材料催化活性高于晶型材料,催化活性与表面酸性位点密度呈正相关,阐明了羟基自由基为该材料催化臭氧氧化的主要活性物种.优选的Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球具有高比表面积(199 m~2g~(–1))、适宜的介孔结构(平均孔径3.59 nm),富含Ce–O–Ti键活性位点,催化臭氧氧化活性高,可在90 min内将100 mg L~(–1)草酸几乎完全矿化(99%),连续5轮重复实验后催化活性无明显降低,呈现出优异的催化稳定性.另外, Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球催化臭氧氧化降解双氯芬酸等四种污染物的矿化率相比无催化剂臭氧氧化提高18.7%～54.0%,展现出优良的应用前景.